重型燃气轮机气冷涡轮气动设计及分析

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1、硕士学位论文重型燃气轮机气冷涡轮气动设计及分析AERODYNAMICDESIGNANDANALYSISOFGASTURBINEFORHEAVYDUTYGASTURBINES李守祚哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK472学校代码：10213国际图书分类号：621.438密级：公开工程硕士学位论文重型燃气轮机气冷涡轮气动设计及分析硕士研究生：李守祚导师：王松涛教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIn

2、dex:TK472U.D.C:621.438DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringAerodynamicdesignandanalysisofheavydutygasturbinesCandidate：LiShouzuoSupervisor：Prof.WangSongtaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofEner

3、gyScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要目前最先进的重型燃气轮机单循环和联合循环的热效率已分别达到了40%~41%和60%~61%，成为所有热–功转换发电系统中效率最高的大规模商业化发电方式，作为能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备，GE、西门子、三菱重工三家主要的重燃公司已研制出了效率更高、功率更大的H级

4、或J级重型燃气轮机来争夺国际市场，而我国的重型燃气轮机的研制工作正处于追赶阶段，其中作为燃气轮机核心部件的气冷涡轮，其气动设计的优劣关系到整个涡轮的性能。因此本文将对按照气冷涡轮分层次设计优化体系，进行F级与J级涡轮的气动设计，并对第四级导叶弯曲对末级性能的影响进行了研究。首先遵循分层次的设计思想，对300MWF级重燃气冷涡轮进行了一维设计优化、准三维设计优化以及全三维设计及优化调整，对F级重燃涡轮的总体性能、参数的选择、三维流场以及该多级涡轮的气动设计特点有了一定的认识。最终三维计算涡轮总功率为624MW

5、，轴端输出功率为330MW，涡轮入口流量593.35kg/s，涡轮效率92.3%，满足设计要求。其次在F级重燃涡轮的基础上，研究了1600℃J级重燃涡轮的改型思路，即需要进行功分配的重新调整，最终利用一维设计与准三维设计方法完成了功分配与反动度的快速调整，并最终通过三维设计优化，得到J级重燃涡轮气动设计方案。最后针对J级涡轮末级进行了弯叶片造型的研究，包括两端弯曲与叶顶弯曲，通过研究发现弯叶片的设计会影响末级导叶与动叶的气动性能，包括影响反动度分布、激波结构等参数，最终发现导叶叶顶正弯合适的角度，会对级的气

6、动性能产生有益的影响。关键词：气冷涡轮；设计体系；气动设计；优化；弯叶片-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThethermalefficiencyofmostadvancedheavygasturbineforsinglecycleandcombinedcyclehavereached40%~41%and60%~61%,respectively.Asthecorepowerequipmentforenergyefficientconversionandcleanusesystem,gast

7、urbneshavebecomethemostefficientlarge-scalecommercialpowergenerationinallthermalpowerconversionpowergenerationsystems.GE,SIEMENS,MITSUBISHIheavyindustrymajorreburningcompanieshavedevelopedamoreefficientandpowerfulHclassorJgradeheavygasturbinetocompeteforth

8、einternationalmarket,andthedevelopmentofourheavygasturbineisinthepursuitstage.Theaerodynamicdesignofthegasturbine,whichisthecorecomponentofthegasturbine,isrelatedtotheperformanceofthewholeturbine.Therefore,th